南海桂城范圍內有桂城污水處理廠和平洲污水處理廠。其中，桂城污水處理廠位于南一路南海廣場北側，占地面積30畝，日污水處理量2.5萬噸，處理能力已經飽和。隨著南海中心城區規模越來越大，以及疊滘片區截污工程年底完工，南海中心城區污水處理量將大大提高。
桂城污水廠采用了傳統氧化溝工藝。一期污水處理工藝采用低負荷氧化溝活性污泥生化處理法，該工藝具有處理效果好，動力消耗低，污泥產出少，管理維護方便等優點。二期系統采用三槽式氧化溝活性污泥生化處理工藝，可按硝化和反硝化方式運行，不僅能去除污水中的有機物，還可去除污水中的氮、磷等物質。
污水經污水管收集從總污水渠流入廠區集水井，經粗格柵除去大塊垃圾，再由污水泵抽升到細格柵配水井，經細格柵除去小塊垃圾后，污水分別流入一、二期沉砂池及氧化溝進行沉砂及活性污泥生化處理，經凈化后清水外排，所產生的剩余活性污泥脫水處理、外運。